CC BY
16
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _2017, том 60, №9_
ФИЗИКА
УДК 536.7+544.971
З.Низомов, Р.Х.Саидов*, З.И.Авезов*, Дж.Г.Шарипов** ВЛИЯНИЕ МАГНИЯ НА ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СПЛАВОВ
Zn5Al И Zn55Al
Филиал Национального исследовательского технологиям 1 _
«МИСиС» в г. Душанбе, Таджикский технический университет им. академика М.С.Осими, Таджикский национальный университет
(Представлено членом-корреспондентом АН Республики Таджикистан Т.Х.Са
Исследована зависимость температуры сплавов Zn5Al и Zn55Al, легирован магнием, от времени охлаждения. Определены характерные времена и скорости охлаждения п го и второго процессов. Оценены вклады теплового излучения и конвективного обмена в охлажде плавов.
Ключевые слова: сплавы, охлаждение, щелочноземельные ме
Измерения теплофизических свойств играет большую роль в исследовании твердых тел и сплавов. Различные аномалии охлаждения и теплоемкости, наблюдаемые в веществе, могут дать информацию о характерных для него внутренних превращениях. В данной работе методом охлаждения [1,2] исследованы зависимости температуры образца от времени охлаждения сплавов Zn5Al, Zn55Al, легированных магнием различной концентрации.
Исследование показало, что на графиках зависимости температуры образца от времени охлаждения наблюдается аномальный ход. В качестве примера на рис. 1 приведена зависимость температуры сплава Zn5Al, легированного магнием концентрации 1 масс.% от времени охлаждения. Как видно из рис. 1, в зависимости температуры образца от времени охлаждения наблюдается аномалия, то есть в некоторой области температуры начинается нагревание. Такой ход охлаждения усложняет обработку, так как в памяти программы кривых такого типа нет, но с помощью специальной функции можно проводить базовую линию этой кривой и отделить часть нагревания, связанного с фазовым переходом первого рода, от равномерного охлаждения. Наиболее удобной программой для обработки экспериментальных данных в нашем случае оказалось программное обеспечение Microcal Origin 6.0 [3,4].
Адрес для корреспонденции: Низомов Зиёвуддин. 734042, Республика Таджикистан, г. Душанбе, ул. М.Назаршоева, 7, ДФ НИТУ «МИСиС». E-mail: [email protected]
A, T2
1-420
Г'
■Ч
0 500 1000 1500 2000
Рис. 1. Кривые охлаждения сплава Zn5Al +lMacc.%Mg: кривая 1 соответствует экспериментальным данным, кривая 2 - базовая линия, полученная с помощью программного обеспечения типа Microcal Origin 6.0.
0 500
висимость р
1000 1500 2000
Рис.2. Зависимость разности температуры 2п5Л1, легированного 1масс.% магнием, туры окр первого
- 300
сплава темпера-
и охл;
среды от врем торого 2 релаксационных процессов
для
Базовая линия 2 на рис. 1 хорошо описывается yj
T = To +(T - To) ¿A + (T2 —
V A • \ V
уравнением [см. 3-6]:
J?
(1)
где Т0 - температура окружающей среды, Т1 — Т0, Т2 — Т0 - амплитуда первого и второго процессов,
разность температур нагретого тела и окружающей т = 0, Г1 и т2 - постоянная охлаждения для первого
момент начала измерений, то есть при горого релаксационных процессов. Первый
процесс связан с конвективной теплоотдачей, а второй с тепловым излучением [7]. Формула (1) показывает, что теплота передается одновременно двумя способами и количество передаваемого тепла пропорционально площади поверхности, разности температур и соответствующему коэффициенту теплоотдачи при любом механизме переноса теплоты (теплопроводность, конвекция или лучеиспускание).
Дифференцируя (1), полу1
<ь
для скорс
еренцируя (1), получаем уравнение для с
f=—(A • -
, С—, A vr
е - - и - - соответствен]
V - > А*
оцессах. Н
ости охлаждения:
A T
02 e-т1 т2
(2)
соответственно амплитуды скоростей охлаждения в первом и втором
процессах. На рис.2 приведены
AT = (T - To) e рованного 0.01 масс.% Mg
и тепл!
еменные зависимости изменения температуры за счет теплообмена
при охлаждении сплава 2п5Л1, леги-
ы вр
ювого излучения AT2 =(T2 — T0) e
В табл.1 приведены значения постоянных в уравнениях (1) и (2) для базовой линии сплавов 2п5Л1 и 2п55Л1 с различной концентрацией магния.
A,0
т, к
650
650-
600-
600-
-400
550
550-
-380
500-
500
-360
450-
450
2
400
400-
-340
350-
350-
-320
300
300
Таблица 1
Экспериментальные значения ДТ01, ть ДТ02, Т2, ДТ01 / Т1, АТ02/ Т2 (Т -Т0)/т1,(Т2 -Т0)/т2 (Т — Т0) / т:,(Т2 — Т0) / т2 для алюминия, цинка, 2п5А1, 2п55А1 и их сплавов легированных магнием
Сплав AT01, К Tj, с AT02, К T2 , с AT01 /Tj, K/c AT02 /т2, K/c Т0, К
Al (A7) 523.3 417.0 90.7 110.0 1.25 0.82 292.6
Zn 198.1 769.2 142.6 333.3 0.26 0.43 295.5
(1) Zn5Al 318.8 555.6 47.0 82.0 0.57 0.57 299.3
(1)+1 масс.% Mg 325.0 637.0 12.3 27.3 0.51 0.36 292.4
(1)+0.05масс. %Mg 310.0 628.3 20.3 71.6 0.49 0.28 292.2
(1)+0.01 масс.% Mg 317.6 663.6 20.35 46.44 0.48 0.44 > 293.1
(1)+0.005масс %Mg 324.0 695.2 20.6 41.3 0.46 0.50 291.0
(2) Zn55Al 255.2 588.2 103.3 192.3 0.43 0.54 296.3
(2)+1масс.% Mg 325.0 637.0 12.3 27.3 0.51 0.45 292.5
(2)+0.1масс. % Mg 311.4 624.0 22.1 36.4 0.47 0.60 293.6
(2)+0.05масс.% Mg 309.0 622.0 28.2 49.7 0.49 0.56 290.3
(2)+0.001масс.% Mg 313.5 627.5 18.6 25.0 0.49 0.74 292,5
Как видно из табл. 1, значения времени релаксации и амплитуда температуры для первого и
второго процессов для чистых металлов и для сплавов отличаются. Процесс охлаждения за счет теплообмена протекает медленно, а для теплового излучения - быстро. Также амплитуда второго про-
[вых (кривая 1 на рис. 1) и базовая линия (кривая 2) дает на" ^пользуемся командой «Tools», затем, нажи-
лового и
цесса меньше, чем первого.
Разность экспериментальных крив гревание, связанное с фазовым переходом. Для этог
овую часть от экспериментальном и в ого перехода как функцию разности температур
мая на пункт «Subtract», программа автоматически вычитает отдельном окне автоматически строит график фазовс от времени охлаждения AT = /(т).
На рис. 3 приведена зависимость разности температуры сплава Zn5Al, легированного 0.01%
ени охлаждения.
магнием, и температуры окружающей среды от вре
A T, K
емени ох
:
T, c
400 600 800 1000 1200 1400
Рис. 3. Разность экспериментальных кривых и базовой линии для сплава Zn5Al +1%Mg.
Для обработки и анализа таких пиков, которые имеют почти гауссово распределение, мы воспользовались командной строкой «Analysis»-«Fit-Multi»-«peaks»- «Gaussian». После выполнения этих
команд появляются количественные результаты, в которых дается информация о площади под кривой (А), полуширине (W=(ATc-AT0) /2), центре (С), сдвиге (A70) и высоте пика (h) [3,4].
Отсюда же видно, что кривая, связанная с фазовым переходом, состоит из нескольких полос (пиков), то есть наблюдается два или более фазовых переходов. С помощью программного обеспечения Microcal Origin 6.0. разделили эту полосу на отдельные полосы, которые показаны на рис. 4 и 5. ....
AT, K 16141210864-
AT, к
3,5 -3,0 -2,5 -2,0 -
A, c
Рис.4. Зависимость приращения температуры сп. ва 2п5Л1 +1%Mg от времени охлаждения для пе го фазового перехода.
Рис.5. Зависи:
приращения температуры сплава юрво- 2п5Л1 +1%Mg от времени охлаждения для второго
фазового перехо
5Al (|)
перехо
ла- Ри
во- Z
ия параметров полосы для леги ия параметров полосы для леги
50 400
симость пр Mg от вре
хода.
В табл. 2 приведены значения параметров полосы для легированных различной концентрацией (масс.%) магния сплавов 2п55Л1 (1) и 2п5Л1 (2). В последней графе табл. 2 приведены значения температуры процессов фазового перехода сплавов 2п55Л1 и 2п5Л1, легированных магнием.
Таблица 2
Значения параметров полосы
А, К с
1739.6
С, с
504.97
W, К
174.27
h, К
8
Тк, к
502
AT, К
0.6
1197.5
377.98
96.533
9.9
623
.4
264.8
336.8
78
2.7
496
0.6
348.93
457.13
154.59
625
0.5
811.37
476.11
184.98
3.5
525
0.8
539.37
354.66
75.557
5.7
623
0.5
1238.5
341
128.09
7.71
527
0.5
1460.7
519.12
297.25
3.92
629
0.9
811.37
476.11
184.98
3.5
504
0.8
539.37
354.66
75.557
5.7
625
0.5
781.13
301
106.43
5.86
525
0.3
1178.3
443
232.7
628
0.9
664.81
315.39
113
4.7
529
1.5
1429
543.71
297.16
3.84
628
0.7
2-
0-
200
400
600
800
1000
200
1400
2
4
Найденные два процесса фазового перехода объясняются тем, что в системе Л1-2п наблюдается два нонвариантных равновесия: эвтектическое - Ж=(Л1)+в при температуре 655 К и монотекто-идное а!=а+Р при температуре 529 К, где а и а! - твердые растворы на основе Л1, в - твердый раствор на основе 2п.
Поступило . 09.2017 г.
теплое рситет
ниверси ....
плоемкости твердых тел а, 2010, вып. 3(59),
ЛИТЕРАТУРА
1. Низомов З., Гулов Б.Н., Саидов Р.Х., Авезов З. Измерение удельной методом охлаждения. - Вестник Таджикского национального ун с. 136-141.
2. Низомов З., Гулов Б., Саидов Р.Х. Теплоемкость алюминия марки А5^ его сплавов с кремнием, медью и редкоземельными металлами. - ДАН РТ, 2014, т. 57, №11-12, с. 843-849.
3. Низомов З., Саидов Р.Х., Шарипов Дж. Г. Механизм аномального охлаждения цинк-алюм сплавов, легированных редкоземельными металлами. - ДАН РТ, 2015, т.58, №6, с.492-499.
4. Низомов З., Саидов Р.Х., Шарипов Дж. Г., Гулов Б.Н. Теплофизические свойства сплавов 2п5А1, 2п55А1, легированных редкоземельными металлами. - ДАН РТ, 2015, т.58, №10, с.916-921.
5. Иброхимов Н.Ф., Ганиев И.Н., Низомов З., Ганиева Н.И., Иброхимов С.Ж. Влияние церия на теплофизические свойства сплава АМг2. - Физика металлов и металловедение, 2016, 117, № 1, с. 53-57.
6. Низомов З., Саидов Р.Х., Шарипов Дж.Г., Гулов Б.Н. Те 2п55А1, легированных редкоземельными металлами. -
7. Низомов З., Саидов Р.Х., Шарипов Дж.Г. Механизм тественном воздушном теплоотводе. - Вестник естественных наук. - 2017, №1-1, с.99-103.
З.Низомов,
ческие свойства сплавов 2п5А1, 2015, т.58, №10, с.916-921. ения алюминия, меди и цинка при ес-ого национального университета. Сер.
)в, РД.Саидов*, З.И.Авезов*, Ч,.Г.Шарипов"
ТАЪСИРИ МАГНИЙ БА ХОСИЯТ^ОИ ТЕРМОФИЗИКИИ ХУЛА^ОИ
Zn5Al ВА Zn55Al
Филиали донишгоуи миллии тадцицотии технологии «МИСиС» дар ш. Душанбе, *Донишго%и техникии Тоцикистон ба номи академик М.С. Осими, **Донишго%и милии Тоцикистон
^ператураи хулахои бо магний чавхдронидашудаи Тп5А\ ва 7и55А1 аз ,ик, карда шуда вакти тавсифию суръати хунукшавии протсессдои якум ва афканишоти хдроратй ва мубодилаи конвективй муайян карда шудааст.
калиди: хула^о, хунукшави, металлуои ишцорзаминй. £
Воб вакти ху дуюм КалI
Z.Nizomov, R.H.Saidov*, Z.I.Avezov*, J.G.Sharipov** INFLUENCE OF MAGNESIUM ON THE THERMAL PROPERTIES OF THE
ALLOYS Zn5Al AND Zn55Al
Branch of National research technological University "MISiS" in Dushanbe, Tajik technical University named after academician M.S.Osimi, Tajik national University
The dependence of the temperature of the alloys Zn5Al and Zn55Al doped with magnesium from cooling time is invwstigated. Characteristic times and cooling rate of the first and second processes are defined. The contributions of thermal radiation and convective exchange in the cooling of alloys are evaluated. Key words: alloys, cooling, alkaline earth metals.
are evaluat are evaluat
sO
^ л- v w
A ¿V V £
